運動控制綜合實驗指導(dǎo)書

1、實驗一 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定一實驗?zāi)康?了解電力電子及電氣傳動教學(xué)實驗臺的結(jié)構(gòu)及布線情況。2熟悉晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其基本結(jié)構(gòu)。3掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測定方法。二實驗內(nèi)容1測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻R。2測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電感L。3測定直流電動機直流發(fā)電機測速發(fā)電機組（或光電編碼器）的飛輪慣量GD2。4測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時間常數(shù)Td。5測定直流電動機電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM。6測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機電時間常數(shù)TM。7測定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f (Uct)。8測定測速發(fā)電機特性UTG=f (n)。三實驗系統(tǒng)組成和

2、工作原理晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由三相調(diào)壓器，晶閘管整流調(diào)速裝置，平波電抗器，電動機發(fā)電機組等組成。本實驗中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制回路可直接由給定電壓Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓，改變Ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調(diào)的直流電壓和轉(zhuǎn)速，以滿足實驗要求。四實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL33組件3NMEL03/4組件4電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機.5直流電動機M036雙蹤示波器（自備）7萬用表（自備）五注意事項1由于實驗時裝置處于開環(huán)狀態(tài)，電流和電壓可能有波動，可取平均讀數(shù)。2為防止電樞過大電流沖擊，每次增加Ug須緩慢，且每次起動電動機前給定電位器應(yīng)調(diào)回零位，以防過流。3電機堵

3、轉(zhuǎn)時，大電流測量的時間要短，以防電機過熱。六實驗方法1電樞回路電阻R的測定電樞回路的總電阻R包括電機的電樞電阻Ra，平波電抗器的直流電阻RL和整流裝置的內(nèi)阻Rn，即R=Ra+RL+Rn。為測出晶閘管整流裝置的電源內(nèi)阻，可采用伏安比較法來測定電阻，其實驗線路如圖1-1所示。將變阻器RD（可采用NMEL03/4中R2兩組電阻并聯(lián)）接入被測系統(tǒng)的主電路，并調(diào)節(jié)電阻負載至最大。測試時電動機不加勵磁，并使電機堵轉(zhuǎn)。NMCL-31的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。調(diào)節(jié)偏移電壓電位器RP2，使a=150°。MEL-002T“三相交流電源”。合上主電源，即按下主控制屏綠色“閉合”開關(guān)按鈕

4、，調(diào)節(jié)實驗臺側(cè)面旋鈕，使主控制屏U、V、W端輸出220V電壓.調(diào)節(jié)Ug使整流裝置輸出電壓Ud=（3070）%Ued額定電壓（可為110V），然后調(diào)整RP使電樞電流為（8090）%Ied額定電流。讀取電流表A和電壓表V的數(shù)值為I1,U1，則此時整流裝置的理想空載電壓為 Udo=I1R+U1 調(diào)節(jié)RP，使電流表A的讀數(shù)為40% Ied。在Ud不變的條件下讀取A，V表數(shù)值，則 Udo=I2R+U2 求解兩式，可得電樞回路總電阻 R=(U2-U1)/(I1-I2) 如把電機電樞兩端短接，重復(fù)上述實驗，可得RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2)則電機的電樞電阻為 Ra=R-（RL+Rn） 同樣，短接

5、電抗器兩端，也可測得電抗器直流電阻RL2電樞回路電感L的測定電樞電路總電感包括電機的電樞電感La，平波電抗器電感LL和整流變壓器漏感LB，由于LB數(shù)值很小，可忽略，故電樞回路的等效總電感為 L=La+LL電感的數(shù)值可用交流伏安法測定。電動機應(yīng)加額定勵磁，并使電機堵轉(zhuǎn)，實驗線路如圖1-2所示。合上主電路電源開關(guān)，用電壓表和電流表分別測出通入交流電壓后電樞兩端和電抗器上的電壓值Ua和UL及電流I，從而可得到交流阻抗Za和ZL，計算出電感值La和LL。實驗時，交流電流的有效值應(yīng)小于電機直流電流的額定值， Za=Ua/I ZL=UL/I3直流電動機發(fā)電機測速發(fā)電機組的飛輪慣量GD2的測定。電力拖動系統(tǒng)

6、的運動方程式為 式中 M電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，單位為N.m; ML ¾負載轉(zhuǎn)矩，空載時即為空載轉(zhuǎn)矩MK，單位為N.m; n ¾ 電機轉(zhuǎn)速，單位為r/min;電機空載自由停車時，運動方程式為 故 式中GD2的單位為N.m2.MK可由空載功率（單位為W）求出。 dn/dt可由自由停車時所得曲線n= f (t)求得，其實驗線路如圖1-3所示。電動機M加額定勵磁。NMCL-31A的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開關(guān)，調(diào)節(jié)旋鈕使主電源輸出220V。調(diào)節(jié)Uct，將電機空載起動至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，測取電樞電壓Ud和電流IK，然后斷開Uct，用記憶示波器拍攝曲線，即可求取

7、某一轉(zhuǎn)速時的MK和dn/dt。由于空載轉(zhuǎn)矩不是常數(shù)，可以轉(zhuǎn)速n為基準(zhǔn)選擇若干個點（如1500r/min，1000r/min），測出相應(yīng)的MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。電機為1500r/min。Ud（v）IK（A）dn/dtPKMKGD2電機為1000r/min。Ud（v）IK（A）dn/dtPKMKGD24主電路電磁時間常數(shù)的測定采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數(shù)規(guī)律上升 當(dāng)t =Td時，有 實驗線路如圖1-4所示。NMCL-31A的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開關(guān)，調(diào)節(jié)旋鈕使主電源輸出220V。調(diào)節(jié)電機不

8、加勵磁。調(diào)節(jié)Uct，監(jiān)視電流表的讀數(shù)，使電機電樞電流為(5090)%Ied。然后保持Uct不變，突然合上主電路開關(guān)，用數(shù)字示波器拍攝id=f(t)的波形，由波形圖上測量穩(wěn)定值時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數(shù)Td。5電動機電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測定將電動機加額定勵磁，使之空載運行，改變電樞電壓Ud，測得相應(yīng)的n，即可由下式算出Ce Ce=KeF=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)Ce的單位為V/(r/min)轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通時)CM的單位為N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce6系統(tǒng)機電時間常數(shù)TM的測定系統(tǒng)的機電時間常數(shù)可由下式計算 由于Tm>>Td，也可以近似地

9、把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)，即 當(dāng)電樞突加給定電壓時，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達63.2%穩(wěn)態(tài)值時，所經(jīng)過的時間即為拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)。測試時電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除。NMCL-31A的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開關(guān)，電動機M加額定勵磁。調(diào)節(jié)Uct，將電機空載起動至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1000r/min。然后保持Uct不變，斷開主電路開關(guān)，待電機完全停止后，突然合上主電路開關(guān)，給電樞加電壓，用數(shù)字示波器拍攝過渡過程曲線，即可由此確定機電時間常數(shù)。7測速發(fā)電機特性UTG=f(n)的測定實驗線路如圖1-3所示。電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Uct，分別

10、讀取對應(yīng)的UTG ,n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線UTG=f(n)。n（r/min）UTG（V）七實驗報告1作出實驗所得各種曲線，計算有關(guān)參數(shù)。2由Ks=f(Uct)特性,分析晶閘管裝置的非線性現(xiàn)象。實驗二 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元調(diào)試一實驗?zāi)康?熟悉直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元部件的工作原理及調(diào)速系統(tǒng)對其提出的要求。2掌握直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元部件的調(diào)試步驟和方法。二實驗內(nèi)容1調(diào)節(jié)器的調(diào)試。2電平檢測器的調(diào)試。3反號器的調(diào)試。4邏輯控制器的調(diào)試。三實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL31A組件3NMCL18組件4雙蹤示波器（自備）5萬用表（自備）四實驗方法1速度調(diào)節(jié)器（ASR）的調(diào)試 按

11、圖1-5接線，DZS(零速封鎖器)的扭子開關(guān)扳向“解除”。 （1）調(diào)整輸出正、負限幅值 “5”、“6”端 接可調(diào)電容，使ASR調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，加入一定的輸入電壓（由NMCL-31A的給定提供，以下同），調(diào)整正、負限幅電位器RP1、RP2，使輸出正負值等于±5V。（2）觀察PI特性 拆除“5”、“6”端短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規(guī)律，改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及反饋電容，觀察輸出電壓的變化。反饋電容由外接電容箱改變數(shù)值。2電流調(diào)節(jié)器（ACR）的調(diào)試 按圖1-5接線。（1）調(diào)整輸出正,負限幅值 “9”、“10”端 接可調(diào)電容，使調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，加入一定的輸入

12、電壓，調(diào)整正、負限幅電位器，使輸出正負最大值大于±6V。（2）觀察PI特性 拆除“9”、“10”端短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規(guī)律，改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及反饋電容，觀察輸出電壓的變化。反饋電容由外接電容箱改變數(shù)值。3電平檢測器的調(diào)試(如圖16)（1）測定轉(zhuǎn)矩極性鑒別器（DPT）的環(huán)寬，要求環(huán)寬為0.40.6V，記錄高電平值 ，調(diào)節(jié)RP使環(huán)寬對稱縱坐標(biāo)。具體方法：（a）調(diào)節(jié)正給定Ug，使DPT的“1”腳得到約0.3V電壓，調(diào)節(jié)電位器RP，使“2”端輸出從“1”變?yōu)椤?”。（b）調(diào)節(jié)負給定Ug，從0V起調(diào)，當(dāng)DPT的“2”端從“0”變?yōu)椤?”時，檢測DPZ的“1

13、”端應(yīng)為-0.3V左右，否則應(yīng)調(diào)整電位器，使“2”端電平變化時，“1”端電壓大小基本相等。（2）測定零電流檢測器（DPZ）的環(huán)寬，要求環(huán)寬也為0.40.6伏，調(diào)節(jié)RP，使回環(huán)向縱坐標(biāo)右側(cè)偏離0.10.2伏。具體方法：（a）調(diào)節(jié)正給定Ug，使DPZ的“1”端為0.7V左右，調(diào)整電位器RP，使“2”端輸出從“1”變?yōu)椤?”。（b）減小給定，當(dāng)“2”端電壓從“0”變?yōu)椤?”時，“1”端電壓在0.10.2V范圍內(nèi)，否則應(yīng)繼續(xù)調(diào)整電位器RP。（3）按測得數(shù)據(jù)，畫出兩個電平檢測器的回環(huán)。4邏輯控制器（DLC）的調(diào)試測試邏輯功能，列出真值表，真值表應(yīng)符合下表：（1指高電平，0指低電平）輸入DCL（1腳110

14、001DCL（2腳100100輸出Uz(Ublf)000111UF(Ublr)111000調(diào)試時的階躍信號可從給定器得到。調(diào)試方法：按圖1-6接線（a）給定電壓順時針到底，Ug輸出約為12V。（b）此時上下?lián)軇覰MCL31A中G（給定）部分S2開關(guān)，Ublf、Ublr的輸出應(yīng)為高、低電平變化，同時用示波器觀察DLC的“5”，應(yīng)出現(xiàn)脈沖，用萬用表測量，“3”與“Ublf”，“4”與“Ublr”等電位。（c）把+15V與DLC的“2”連線斷開，DLC的“2”接地，此時撥動開關(guān)S2，Ublr、Ublf輸出無變化。五實驗報告1畫各控制單元的調(diào)試連線圖。2簡述各控制單元的調(diào)試要點。實驗三 雙閉環(huán)晶閘管不

15、可逆直流調(diào)速系統(tǒng)一實驗?zāi)康?了解雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，組成及各主要單元部件的原理。2熟悉電力電子及教學(xué)實驗臺主控制屏的結(jié)構(gòu)及調(diào)試方法。3熟悉NMCL-18，NMCL-33的結(jié)構(gòu)及調(diào)試方法。4掌握雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟，方法及參數(shù)的整定。二實驗內(nèi)容1各控制單元調(diào)試2測定電流反饋系數(shù)。3測定開環(huán)機械特性及閉環(huán)靜特性。4閉環(huán)控制特性的測定。5觀察，記錄系統(tǒng)動態(tài)波形。三實驗系統(tǒng)組成及工作原理雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)由電流和轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器綜合調(diào)節(jié)，由于調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要量為轉(zhuǎn)速，故轉(zhuǎn)速環(huán)作為主環(huán)放在外面，電流環(huán)作為付環(huán)放在里面，這樣可抑制電網(wǎng)電壓波動對轉(zhuǎn)速的影響，實驗系統(tǒng)的控

16、制回路如圖1-8b所示，主回路可參考圖1-8a所示。系統(tǒng)工作時，先給電動機加勵磁，改變給定電壓的大小即可方便地改變電機的轉(zhuǎn)速。ASR,ACR均有限幅環(huán)節(jié)，ASR的輸出作為ACR的給定，利用ASR的輸出限幅可達到限制起動電流的目的, ACR的輸出作為移相觸發(fā)電路的控制電壓，利用ACR的輸出限幅可達到限制amin和bmin的目的。當(dāng)加入給定Ug后，ASR即飽和輸出，使電動機以限定的最大起動電流加速起動，直到電機轉(zhuǎn)速達到給定轉(zhuǎn)速（即Ug=Ufn），并出現(xiàn)超調(diào)后，ASR退出飽和，最后穩(wěn)定運行在略低于給定轉(zhuǎn)速的數(shù)值上。四實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL33組件3NMEL03/4組件4NMCL

17、18組件5電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機6直流電動機M037雙蹤示波器（自備）8萬用表（自備）五注意事項1三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。2系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機。3改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關(guān)的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零。4進行閉環(huán)調(diào)試時，若電機轉(zhuǎn)速達最高速且不可調(diào)，注意轉(zhuǎn)速反饋的極性是否接錯。5雙蹤示波器（自備）的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故。六實驗方法1按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖（

18、2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。（3）將控制一組橋觸發(fā)脈沖通斷的六個直鍵開關(guān)彈出，用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V2V的脈沖。2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則（1）先部件，后系統(tǒng)。即先將各單元的特性調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)。（2）先開環(huán)，后閉環(huán)，即使系統(tǒng)能正常開環(huán)運行，然后在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負反饋時組成閉環(huán)系統(tǒng)。（3）先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)。即先調(diào)試電流內(nèi)環(huán)，然后調(diào)轉(zhuǎn)速外環(huán)。3開環(huán)外特性的測定（1）控制電壓Uct由給定器Ug直接接入。主回路按圖1-8a接線，直流發(fā)電機所接負載電阻RG斷開，短接限流電阻RD

19、。（2）使Ug=0，調(diào)節(jié)偏移電壓電位器，使稍大于90°。（3）MEL-002T“三相交流電源”，即按下主控制屏綠色“閉合”開關(guān)按鈕, 首先調(diào)節(jié)NMEL-18/2使勵磁輸出為220V,然后調(diào)節(jié)側(cè)面調(diào)壓器調(diào)節(jié)旋鈕使主控制屏U、V、W端有輸出220V。（4）逐漸增加給定電壓Ug，使電機起動、升速，調(diào)節(jié)Ug使電機空載轉(zhuǎn)速n0=1500r/min，再調(diào)節(jié)NMEL-13A加載電位器，順時針調(diào)節(jié)電位器，在直流電機空載至額定負載范圍，測取78點，讀取電機轉(zhuǎn)速n，電機電樞電流Id，即可測出系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f (Id)。n(r/min)I(A)注意，若給定電壓Ug為0時，電機緩慢轉(zhuǎn)動，則表明太小，需

20、后移4單元部件調(diào)試ASR調(diào)試方法與實驗二相同。ACR調(diào)試：使調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，加入一定的輸入電壓，調(diào)整正，負限幅電位器，使脈沖前移a£300,使脈沖后移b=300，反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最小。5系統(tǒng)調(diào)試將Ublf接地，Ublr懸空，即使用一組橋六個晶閘管。（1）電流環(huán)調(diào)試電動機不加勵磁（a）系統(tǒng)開環(huán)，即控制電壓Uct由給定器Ug直接接入，主回路接入電阻RD并調(diào)至最大（RD由NMEL-03/4中的R2兩只電阻并聯(lián)）。逐漸增加給定電壓，用示波器觀察晶閘管整流橋兩端電壓波形。在一個周期內(nèi)，電壓波形應(yīng)有6個對稱波頭平滑變化 。（b）增加給定電壓，減小主回路串接電阻Rd，直

21、至Id=1.1Ied，再調(diào)節(jié)NMCL-33掛箱上的電流反饋電位器RP，使電流反饋電壓Ufi近似等于速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅值（ASR的輸出限幅可調(diào)為±5V）。（c）NMCL31A的G（給定）輸出電壓Ug接至ACR的“3”端，ACR的輸出“7”端接至Uct，即系統(tǒng)接入已接成PI調(diào)節(jié)的ACR組成電流單閉環(huán)系統(tǒng)。ASR的“9”、“10”端接可調(diào)電容，可預(yù)置7F，同時，反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最小。逐漸增加給定電壓Ug，使之等于ASR輸出限幅值（+5V），觀察主電路電流是否小于或等于1.1Ied，如Id過大，則應(yīng)調(diào)整電流反饋電位器，使Ufi增加，直至Id<1.1Ied；如Id<Ied，則可將Rd減小直至切除，此時應(yīng)增加有限，小于過電流保護整定值，這說明系統(tǒng)已具有限流保護功能。測定并計算電流反饋系數(shù)（2）速度變換器的調(diào)試電動機加額定勵磁，短接限流電阻RD。（a）系統(tǒng)開環(huán)，即給定電壓Ug直接接至Uct，Ug作為輸入給定，逐漸加正給定，當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1500r/min時，調(diào)節(jié)FBS（速度變換器）中速度反饋電位器RP，使速度反饋電壓為+5V左右，計算速度反饋系數(shù)。（b）速度反饋極性判